JP4246378B2 - Device used in vivo compatible with magnetic resonance imaging procedures - Google Patents
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Description
【0001】
〔発明の属する技術分野〕
(発明の分野)
本発明は、磁気共鳴撮影(MRI)中に行われる処置と両立する医療装置、特に磁気共鳴(MI)映像技術を使って観察される処置中に薬物送達できる医療装置に関するものである。
【0002】
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕
(技術の背景)
医療処置は、現在、患者の比較的小さい部位に行うことができる。小さい細胞の塊に、静脈および動脈内であるいは身体の離れた部位で、身体を外科的に切開することなく最小限に侵襲的な技術で処置を行うことができる。気球血管形成、顕微手術、電気療法および薬物送達などの処置は、患者に大きな切開手術を施すことなく最小限に侵襲的な技術で行われるが、これらの処置と同時に処置を見ることができるように、技術を開発することが必要になっている。X線透視法などX線撮影は、処置部位を観察するために可能な方法であるが、長時間のX線照射はそれ自体が患者に有害である。処置部位の光ファイバー観察は患者に有害な放射が行われないが、光ファイバーは観察に必要な光と光を戻すための経路を用意するために占めるスペースが大き過ぎ、表面映像以上のものはできない(つまり、光ファイバー装置が配置される位置からは内部対象の表面しか観察できない)。光ファイバーまたは直接光観察は、実質内薬物送達または脈管内薬物送達または処置など顕微的処置より胃腸などの医療処置に向いている。
【0003】
MR映像システムにより追跡される装置内にMRレシーバ・コイルを使用することにより、患者体内においてMR適合装置が比較的大きな部位を観察するための技術は、これまでに開発されている。MR観察機能および特定の治療機能を持つ装置、特に治療プロセスとMR観察能力の両方について特定の治療とMRレシーバ・コイルの間の関係を最適化しなければならない装置について、特に設計上考慮されたことはあまりない。
【0004】
米国特許第5,211,165号は、侵襲的な装置、特にカテーテルなど無線周波数磁界勾配を使用する医療装置の位置および方位を追跡するための追跡システムについて説明している。無線周波数信号の検波は、位置に応じてほぼ直線的に変化する感度動向を持つコイルによって行われる。この侵襲的な装置は、その端付近に送信コイルが取り付けられ、低出力RF電源により駆動されて、被験者の対象部位の周りに配分される受信コイル配列が検出できる双極電磁界を生じる。
【0005】
米国特許第5,271,400号は、被験者体内の侵襲的な装置の位置および方位を監視するための追跡システムについて説明している。この装置は、MR活性サンプルおよびMR活性サンプルにより発せられる磁気共鳴信号に感応するレシーバ・コイルを持つ。この信号は、磁界勾配があるときに検出されるので、応用される勾配の方向に沿ったコイルの位置にほぼ比例する周波数を持つ。信号は、順次応用される相互に直交する磁気勾配に反応して検出され、いくつかの次元で装置の位置を決定する。図2aおよび2bに示される侵襲的装置は、それぞれRFコイルおよびMR活性サンプルが医療装置に組み込まれ、MR活性サンプルが医療装置に組み込まれる。
【0006】
米国特許第5,375,596号は、カテーテル、チューブ、配置ガイドワイヤおよび生体組織に移植可能なポートなどの装置の位置を決定するための方法および装置について説明している。この装置は、アンテナおよび無線信号送信器が装置の全長に沿って配置される交流無線周波数送信器を持つ送信器/検波器ユニットを含むことができる。アンテナは、取り外し可能なクリップにより、送信器/検波器ユニット内に配置される広帯域無線周波数(RF)検波回路に接続される。
【0007】
米国特許第4,572,198号は、カテーテルの先端に弱い磁界を励起するためにコイル巻き線を含む、NMR映像システムと共に使用するためのカテーテルについて説明している。2つの導体を接続するループは、NMR画像を局部的にゆがめる双極磁界をサポートし、磁気共鳴映像ディスプレイ上に画像カーソルを与える。
【0008】
米国特許第4,767,973号は、複数の自由度において対象物を感知し移動するためのシステムおよび方法について説明している。センサ・システムは、望ましい感度を持つよう選択された幾何学的形状を持つ電界効果トランジスタ少なくとも1つから成る。
公告されたPCT出願第WO93/15872号、WO93/15874号、WO93/15785号およびWO94/27697号は、カテーテルが補強コイルを含むことができる耐キンク管材およびカテーテルを含む管材の形成方法を示している。補強材の層を補強コイルの上に沈積することができる。
【0009】
米国特許第5,451,774号および5,270,485号は、平行にかつ相互に接触するように配置される複数の細長い基板を含む3次元回路構造について説明している。電気素子は、これらの素子に結合される導体と共に基板の表面に構成される。導体は、隣接する基板上の導体と接触するように各基板上で選択的に配置される。基板上の導体パターンはらせん状、円周状あるいは縦軸方向でもよい。基板間の無線周波数信号は、基板上にある無線周波数信号送信および受信回路および送信アンテナおよび受信アンテナを使って送受される(例えば、カラム7、ライン32−43)。装置内の冷却液の循環が示されている。
【0010】
米国特許第5,273,622号は、基板上のミクロ構造(電子ミクロ回路を含めて)および薄膜半導体の組み立て用システム、特にファイバーまたはフィラメントなどの細長い基板に使用するための連続プロセスについて説明している。
米国特許第5,106,455号および第5,269,882号は、非平面照射ビーム・リトグラフィを使用する薄膜半導体装置の組み立ての方法および装置について説明している。円筒形物体に形成される回路が示されている。米国特許第5,167,625号は、薬物送達に使用できる信号(無線信号を含めて)に反応する電気回路を含むことのできる移植可能な多胞薬物送達システムについて説明している。
【0011】
PCT出願第WO/96/33761号(1996年4月15日提出)は、カテーテルに結合されたポンプから成る、薬またはその他の薬剤を投与するための実質内輸液カテーテルについて説明している。カテーテルの遠位端に多孔先端が配置され、先端は、選択された場所で薬剤または薬を排出するために多孔性である。カテーテルは、カテーテル・システムの伸縮部分により使用中に用途に合わせることができる。
【0012】
「脈管内コイルによる血管のMR映像」(J.Mag.Res.Imag.、1992年、2月、第4号、p.421−429)においてMartin,A.J、Plewes,D.B.およびHenkelman,R.M.は、ギャップ領域で区切られた2つの同軸ソレノイドおよび反対方向に流れる電流を土台とする理論上のレシーバ・コイルの設計を使用する血管の高解像度磁気共鳴(MR)画像の作成方法について説明している。コイルの直径は3から9mmまでの範囲である。図3bは、コイルの直径が9mmから7mm、5mm、3mmへと移行するに従い、感度が低くなることを示しているようである。相対するループおよび相対するソレノイド・コイルのQ値の研究の結果は、相対するループ・コイルが低いW値を示したこと、および相対するソレノイド設計においてQ直径が小さいときQ値が小さくなる一般的傾向があったことを示している。研究対象の範囲内で、性能を改良するためのより厚いワイヤの使用とコイル全体の寸法を抑えるためのより薄いワイヤの使用の間に妥協があると述べられている。MR映像法においてこのカテーテルをベースとするシステムを使って映像機能を果たす上で減結合回路が有益であることも示されている。「脈管内(カテーテル)NMRレシーバ・プローブ:仮設計分析および犬の腸骨大腿骨映像への応用」(Magnetic Resonance In Medicine、24、343−357−1992年)においてHurst,G.C.、Hua.J.、Duerk,J.I.およびChoen,A.M.は、動脈壁のNMR検査用の、カテーテルをベースとするレシーバ・プローブの実現可能性を探っている。相対するソレノイドを含めて様々な設計の可能性が検討されている(たとえば、図2bおよび図3aおよびb)。図3に示されるカテーテル・プローブは、100pfコンデンサと64MHzで共鳴するプローブを持ち、ソレノイド間の間隔7.5mmおよび公称ソレノイド直径2.8mm、ソレノイド1つ当たり28ゲージ・ワイヤ5巻きとなるように構成された。
【0013】
米国特許第5,429,132号は、プローブに沿って間隔を置いて取り付けられるRF感知コイルおよび平面グリッド配列のアンテナから成る、医療処置中に使用できるプローブ・システムについて説明している。プローブからの信号を使って、プローブの3次元位置が決定される。
米国特許第5,445,151号は、RF信号に応答するコイルを持つMRカテーテルを使用して血液の流れの加速および速度を測定するための方法について説明している。複数のコイル(例えば、3つのコイル)が侵襲的装置内に配置され、RF送信パルスの規則的パターンが放射されて定常RF応答信号を生じる。間欠的に上流に配置されるRFコイルから第2のRF信号が送信される。時間的遅延およびRFコイル間の距離から、直接、流体の速度が決定される。
【0014】
米国特許第5,727,533号は、X線設備を付随的に使用せずにカテーテルの位置を決定するために使用できる一体式電磁識別装置を持つカテーテルについて説明している。電磁界検出装置には、カテーテルの壁に組み込まれた1対のリード線、およびカテーテルの遠位端に配置されるファイン・ワイヤのコイルが含まれる。放射線不透過のストリップなど、コイル内側に透磁性材料のコアを配置することができる。
【0015】
〔課題を解決するための手段〕
(発明の要約)
対をなすマイクロコイルの各マイクロコイル間にスペースを持つ少なくとも1対の相対するRFレシーバ・マイクロコイルを持つエレメントを備え、前記マイクロコイルのコイルの直径が有益なサイズたとえば3mm、4mmまたはそれ以上でも可能であるが、多くの望ましいシステムにおいては2.4mm未満または2.6mm未満である、生体内で使用するための装置が説明されている。装置は、少なくとも1つルーメンを持つカテーテルにより構成することができ、この場合、少なくとも1対のマイクロコイルが少なくとも1つのルーメンの周りに半径方向に配置され、コイルの直径は0.1mmより大きく2.4mmより小さい(コイルにもっと直径の大きいワイヤを使用することができるが)。装置は、装置内にポートを持たなくてもよいし、少なくとも1つ薬物送達ポートを持つこともできる。少なくとも1つの薬物送達ポートは、前記ポートから投与される少なくとも多少の薬が前記マイクロコイルの間の前記スペース内において前置装置から投与されるように配置することができる。薬物送達ポートは、少なくとも1対のマイクロコイルの各マイクロコイル間のスペースを形成する少なくとも1対のマイクロコイルの端でカテーテルから半径方向に伸びる面によって形成される体積内に少なくとも多少の液体材料を投与するために、前記装置内にあり前記装置の外に伸びるマイクロカテーテルを含むことができる。装置は、無線周波数送信に応答して、前記マイクロコイルの各々の半径方向のすぐ上に位置する前記カテーテルを取り囲んだ匹敵するサイズの体積において、より前記体積内において、平均的な強度を持つ磁界を発生する。少なくとも1対のマイクロコイルは、前記ルーメンを囲む結合材の中に埋め込むことが望ましい。少なくとも1対のマイクロコイルは、前記装置の生体内に挿入される部分内で前置増幅器に電気接続される。電気接続が前記装置内にある場合、前記電気接続の少なくとも一部は前記装置内において自然な位置(in situ)で形成されていることが望ましい。
【0016】
〔発明の実施の形態〕
(発明の詳細な説明)
以下の望ましい実施態様の詳細な説明においては、本出願の一部を構成し本発明の望ましい実施態様を例示として示す添付図面を参照する。望ましい実施態様については、当業者が本発明を実施できるように充分に詳細に説明されるが、他の実施態様も利用できること、および本発明の精神および範囲を逸脱することなく構造的、論理的、物理的、建築的および電気的変化を加えることができると解釈されるものとする。従って、以下の詳細な説明は、限定的に捉えるべきものではなく、本発明の範囲は付属の特許請求の範囲およびこれと同等のものによってのみ定義される。
【0017】
本発明の特定の態様の実施は、1次医療処置と同時に行われる磁気共鳴映像観察処置に使用されるすべての医療装置に応用できる。医療装置の分野においてこの一般的応用性を個別に持つことのできる本発明の特徴には、そのMR適合性を保証するために医療装置に取り付けられるRF応答コイルのタイプ、この医療装置に連結される回路、およびカテーテル装置内においてマイクロエレメント/マイクロカテーテル素子などの方向を定めるための手段が含まれる。望ましい構造は、マイクロコイルの相対するソレノイド方位を使用し、マイクロコイルの設計はギャップ領域で区切られた2つの同軸ソレノイドを基本とし、電流は2つのコイルを横切り相対する方向に流される。
【0018】
本発明の1つの態様は、対をなすコイルを持つ装置の周りに磁界を正確に形成するために相対する対をなすマイクロコイルを使用する。相対する対をなすコイルとは、1つの軸を中心とするコイルまたは巻き線の角度が2組のコイル(例えば、レシーバ・コイル)の間で異なり(表面に対する垂線からプラスの角度の回転であるいはその線からマイナスの角度の回転でプラスまたはマイナスに)、通常、この角度がコイルが巻かれる対象物の軸に対して直角の面から外れるか、その面から測定して一方のコイルについてはプラスの角度で他方のコイルについてはマイナスの角度で形成されるコイルを意味する。本発明の実施の潜在的分野におけるその他の発展として、コイルに接続される回路、装置内におけるその遮蔽、およびワイヤによりコイルに連結される減結合回路が含まれる。装置の広範な機能的ニーズに応える侵襲的な無線周波数検波医療装置の実際の設計およびエンジニアリングの細部にはこれまでほとんど特異性がなかった。本発明はこの種の装置に本質的な進歩をもたらす。
【0019】
本発明においてもう1つ重要なのは、選択により、無線周波数検波装置内の薬物送達用マイクロカテーテルに、事件整理番号SL WK 600.392US1を持ちJohn KucharczykおよびMichael Moseleyの名前で1997年5月15日に提出された同時係属米国特許出願番号第08/857,043号において説明される発明に基づく実際の薬の投与および移動を感知するためのプロセスに使用可能なレシーバ・コイルを取り付けられることである。
【0020】
図1は、本発明に基づく望ましい薬物送達用カテーテル2を示している。カテーテル2は、カテーテル2の先細端8のポート6から外に伸びる中央ルーメン4を含む。第1のマイクロコイル10は、個々のコイル12が全体に先細端8と反対の方向に傾くようにルーメン4の周りに巻かれる。リード線14が第1のマイクロコイル12に接続される。第2のマイクロコイル16は、ルーメン4の周りに巻かれ、個々のコイル18は全体に先細端8の方向に傾く。第1のマイクロコイル10(および32。まとめて10として参照される)および第2のマイクロコイル16(および18、まとめて16として参照される)の対は、相対する対をなすマイクロコイルを形成する。相対的に近位のマイクロコイルのセット10の個々のコイル10および32と第2のマイクロコイル16の個々のコイル16および18は、カテーテル2の軸を効果的に形成するルーメン4に直交する面A−Bに対して相対する(プラスおよびマイナス)の角度を持つ。対をなすコイルは、隣接するコイル間で異なる間隔を持ちうることに注意すること(たとえば、15と17の間の間隔に比較して13と15の間の間隔)。この間隔の差については後に論じる。リード線20は、第1のマイクロコイル10からのリード線14と同様第2のマイクロコイル16から電子回路22まで通される。第1のマイクロコイル10と第2のマイクロコイル16の間はスペースによりはっきりと分離されており、このスペース内において、コイル10、16からのRF応答フィールド(図には示されていない)がもっとも大きい。マイクロカテーテル24、26、28および30からの薬物送達がもっとも効果的に観察されるのは、2つのマイクロコイル10および16の(それぞれ)相対する端32および34により形成されるゾーンのカテーテル2外部のスペースB内である。
【0021】
マイクロコイル10および16は、高分子材料、複合材料、無機材料(例えば、無機酸化物)などの支持材料34に埋め込まれる。この材料の組成は生体適合性を持たなければならず、ポリアミド、ポリエステル、ポリ(メチル)アクリレート、ポリ酢酸ビニル、酢酸セルロースまたは生体適合性を持つその他の有機ポリマーなどの高分子材料が望ましい。この支持材料34は、先細端8の組成も構成することができる。リード線36および38は、回路22を外部制御装置および/または電源に接続する。マイクロカテーテル24、26、28および30の端24a、26a、28aおよび30aは、薬物送達システムまたは薬剤または薬の供給用ポンプとの接続は省かれて図示されている。
【0022】
相対するマイクロコイルとマイクロコイルの間のマイクロコイル間間隔B(マイクロコイル内間隔に対して)は、通常、各薬物送達タイプごとにまたはカテーテルかその他の装置かに関係なくMR適合可能な装置2により行われる処置のタイプに応じて、最適化される。最適化のために特にマイクロコイルの位置に関して考慮されるパラメータには、少なくとも、コイルからの磁界の望ましい直径、磁界の強さ、磁界の幅、磁界の数(たとえば、相対するマイクロコイルの対の数)、カテーテルの遠位端に対する対のマイクロコイルの位置、薬剤または薬の投与点に対するマイクロコイルの位置などが含まれる。これらの考慮事項が、コイルの厚みおよびサイズ、コイルの組成、回路の設置位置(カテーテル内か、リード線を介して外部回路に接続されるか)およびカテーテル構造内の他の材料の組成など工学的およびその他の設計上の考慮事項に加わる。
【0023】
前記のカテーテル構造内のもっとも近位端(先端から離れた部分)に、プラスティック層35(ここでは層8の続きとして示されている)、リード線36および38マイクロコイルと連結される前置増幅器を被覆し、リード線36および38および/または前置増幅器の周りの(半径方向に離れた位置に)層を形成する遮蔽39からこれを電気絶縁する第2絶縁層37(たとえば、層34の支持材料の説明と同様プラスティック、セラミックまたは生体適合性材料)を含むことができる。
【0024】
コイル内間隔およびマイクロコイル内間隔に関しても(これはコイル直径に関してなどコイル間およびマイクロコイル間に関する考慮事項と重なる)、本発明のシステムの設計を最適化するために考慮しなければならない。
コイル、特にMRIにおける脈管内RFコイルなどのコイルは、限られた視界(FOV)で高い信号雑音比および空間的解像度で管腔形態をMR撮影するのに非常に有益になりうる。この種の目的にとってもっとも有望な基本的コイル設計は、以前に公表された(Martin、前述)相対するソレノイド・コイルである。報告されたコイルは、逆極性で共通軸に沿って置かれた同一形状で均一のコイル直径の2つの均等に巻かれたソレノイドである。この特殊なコイル設計は、参考資料においては開示されない考慮事項に基づいて改良の余地が多く残っている。信号の機能的特徴にとって改良の1つの基準は、コイル内の電流分布を最適化することにより、より良い脈管内コイルが得られることである。要求される磁界拘束条件に対してシリンダー(たとえば、カテーテルなど基礎となる装置を円筒形と仮定する)表面における電流分布を最適化するために、円筒形コイル外部の磁界に関する解析式がすでに開発されており、今回の新しいコイル設計にこれを使用することが望ましい。このように最適化されたコイルは、磁界強度および磁界の均等性を改良する。本発明の装置のある種の使用方法は、画像を生成するためまたは画像内のある種の情報(たとえば信号密度の差によって表される薬物送達速度または治療効果の程度)を提供するために密度読み取りおよび微分を使用するので、均等な磁界強度は、特に重要である。
【0025】
RFコイルの形状は、本解析においては、限定長さの小さい円筒を基準としている。電流密度はコイルの円筒表面に限定される。半径aの円筒形コイルにおける該当の静磁界の問題を解くと、RFコイル外部の磁界の半径成分(>a)は、下記の式で与えられる。
【0026】
【数1】
【0027】
ここで、JΦ(m、k)は、上の式において下記の式で定義される表面電流密度の方位角成分を示す。
【0028】
【数2】
【0029】
また、Im(t)およびKm(t)は、2種のm位の変形ベッセル関数を示し、mは整数(たとえば、1、2、3、.....)であり、I’m(t)およびK’m(t)はIm(t)およびKm(t)の一次導関数を表す。
コイルに関連する蓄積磁気エネルギーは下記の通り級数展開式の形で示される。
【0030】
【数3】
【0031】
特に表面電流密度がz成分を持たないソレノイド・コイルまたはzコイルの場合、エネルギーおよび磁界に関する上記の式は、下記のとおりに単純化される。
【0032】
【数4】
【0033】
いくつかの空間位置で一組の磁界拘束条件を満たす円筒表面の電流密度分布に関する最適の(またはエネルギーが最小の)解決法を見つけるために、エネルギー汎関数構成が下記のとおりに定義される。
【0034】
【数5】
【0035】
ここで、1組のL乗数を表す。磁界拘束条件は、対象結像容積の数点において1組の望ましい磁界値を規定する。
電流密度汎関数に対するエネルギー汎関数を最小限にするために、電流密度汎関数に下記のとおり変分を加える。
【0036】
【数6】
【0037】
次に、最適化された電流密度がL乗数について下記のとおりに表される。
【0038】
【数7】
【0039】
JΦ(z)は、望ましい磁界分布の場合zで非対称なので、そのフーリエ成分は下記のとおりに表すことができる。
【0040】
【数8】
【0041】
電流密度に関する式を磁界拘束条件式に挿入すると、乗数λに関する1組の1次方程式が得られる。
【0042】
【数9】
【0043】
ラグランジュの乗数について磁界拘束条件1次方程式を解くと、このラグランジュの乗数を含む式から電流密度を決定できる。限定長さ(L)のRFコイルの場合、表面電流密度は正弦級数式で望ましい位数まで展開できる。
【0044】
【数10】
【0045】
ここで、knの値は下記のとおりである。
【0046】
【数11】
【0047】
また、Jnは、電流密度に関する膨張係数を示す。
次に、限定長さのコイルの表面電流密度についてk空間における一般式を下記のとおりに表すことができる。
【0048】
【数12】
【0049】
ここで、Ψn(k)は、下記の式で定義されるkの奇関数である。
【0050】
【数13】
【0051】
新しい関数展開式を使って、蓄積磁気エネルギーおよび磁界に関する式を下記のとおりに表すことができる。
【0052】
【数14】
【0053】
コイル外部の望ましい受信フィールド分布は、いくつか選択された位置の数個の磁界拘束条件ポイントに変換することができる。各設計ごとに、磁界拘束条件ポイントが下記のとおりに定義される。
【0054】
【数15】
【0055】
拘束条件は、相対的な磁界強度のほかにギャップにおいて要求されるコイルの磁界の均質性を規定する。様々な点での半径成分に関する磁界拘束条件式は下記のとおりに表すことができる。
【0056】
【数16】
【0057】
便宜上、磁界の式およびエネルギー式は両方とも行列で表される。2つの式の間で、bの行列要素は下記のとおりに示される。
【0058】
【数17】
【0059】
コイルの蓄積磁気エネルギーは、下記のとおりである。
【0060】
【数18】
【0061】
ここで、エネルギー行列要素は下記の式で示される。
【0062】
【数19】
【0063】
磁界拘束条件式を含むエネルギー汎関数は下記のとおりに定義される。
【0064】
【数20】
【0065】
エネルギー汎関数の最小条件を求めるために、電流列ベクトルJに対してF汎関数を最小にする。すなわち、
【0066】
【数21】
【0067】
こうして、電流密度を含めた下記の最小条件方程式にたどり着く。
【0068】
【数22】
【0069】
別の独立方程式として下記の磁界拘束条件式を使用する。
【0070】
【数23】
【0071】
まず、ラグランジュの乗数を、上の最小条件式および磁界拘束条件式を組み合わせた下記の1次方程式において解くことができる。
【0072】
【数24】
【0073】
ラグランジュの乗数にこの値を使って、コイルの表面電流密度を下記のとおりに決定することができる。
【0074】
【数25】
【0075】
また、電流密度は下記のとおりである。
【0076】
【数26】
【0077】
コイルの半分の総電流は下記の式で示される。
【0078】
【数27】
【0079】
巻きの数がNturnに設定される場合、個々の電流は下記のとおりに決定できる。
【0080】
【数28】
【0081】
コイルの半分でN巻きのコイルのインダクタンスは下記のとおりである。
【0082】
【数29】
【0083】
各電流腹部のポジションを決定するために、コイルの中心から下記の電流密度の積分を計算する。
【0084】
【数30】
【0085】
この積分により、N個の異なる離散的電流ワイヤ・ループ全体のすべての空間的間隔を求めることができる。z軸に沿った各ワイヤの正確な位置は、該当の間隔の質量の中心として決定することができる。
【0086】
【数31】
【0087】
要するに、相対する対のマイクロコイルの各マイクロコイル内におけるコイルのコイル内分布を最適化するための手段は、電流の効果、コイルの特性および個々のコイルまたは巻き線のポジショニングおよび設計に関する以上のようなまたはこれに代わる数学的モデルを土台とすることができる。この特殊な構図は、円筒形のRFコイルのために開発されたものであり、この技術は、脈管内、窩腔内、実質内または管内MR映像コイルの電流腹部位置の設計を最適化するための簡単な手順となる。
【0088】
図4(a、bおよびc)を参照すると、コイル内設計の修正が本発明のカテーテルの性能を向上させる様子を理解するのに役立つ。図4aは、ギャップの中点(例えば、図1のスペース19によって表される2dの距離で分離された相対するマイクロコイルの最近端間の真中)からの距離の関数として磁界強度(y軸)を示している。図4aは、個々の巻き線のサイズおよび巻き線間の間隔が同じである相対する対のマイクロコイルを持つ円筒形装置における磁界強度の関係を示している。図4aから分かるとおり、最大磁界強度Fmaxは比較的急なピークを描き、ギャップの中心(x=0)からの距離が変化するにつれて、磁界強度は減少する。ギャップの真中(相対するマイクロコイルの相互に一番近い端からdの距離)と相対するマイクロコイルの端の間の中ほどで、磁界強度は大幅に、通常Fmaxの25%から50%低下する。この急速で大幅な磁界強度の変化は、ある種の処置において画像のタイプおよび品質を提供する装置の機能を減ずる可能性がある。図4bは、上に論じたモデリングに関する考慮事項に従ったマイクロコイルの位置、形状、厚みおよび分布の設計により得られる磁界強度分布の理想的な形を示している。個々の巻き線の効果は上に示されるとおり数学的に計算できるので、個々の効果を加算して、有効磁界強度を決定できる。個々の巻き線の効果の数学的加算にはある程度の相互作用的効果を考慮して、コイルの組み合わせから得られるより現実的な磁界効果に合わせることができる。さらに到達可能な磁界強度分布が図4cに示されている。この図には、理想的という点では劣るが、大幅に改良された磁界強度分布が示されている。図4cは、磁界強度と円筒形装置に沿った位置の関係を示しており、装置は、相対するコイルの近端の間に2dの間隔を置いて相対する対のマイクロコイルを持ち、対のマイクロコイルは異なる間隔(例えば、巻き線13と15の間の間隔が同一のマイクロコイルの巻き線15と17の間の間隔に比べて異なる)のコイル巻き線部分(図1においては、例えば13、15および17)を持つ。磁界強度は、図4aに示される相対するマイクロコイル構造の場合に比べて、ギャップ中心(x=0)付近でより均等になる。磁界強度は、ギャップ中心からの距離が大きくなるにつれて減少するが、減少速度は、図4bの理想的結果に比べれば大きいが、図4aの均等コイル巻き線の場合より小さい。ギャップ中心とギャップ中心からマイクロコイルの近端までの距離の半分であるd/2位置の間での磁界強度の低下は20%以下と予想される。Fmaxとギャップ中点とマイクロコイルの近端の間の真中であるd/2ポイントでの磁界強度の間の減少は17%未満が望ましく、15%未満であればもっと望ましく、さらには12%未満が望ましく、一番望ましいのは10%か8%未満である。
【0089】
本発明に基づく装置は、対のマイクロコイルの各マイクロコイル間に間隔を置いて相対するRFレシーバ・マイクロコイルを少なくとも1対持つエレメントから成り、前記RFレシーバ・マイクロコイルが各々少なくとも3つの個々のコイルを持ち、前記の少なくとも3つの個々のコイルが前記のマイクロコイル内の少なくとも2対の個々のコイル間の間隔が少なくとも10%異なるように隣接するコイル間に間隔を持つ、生体に使用するための医療装置として説明することもできる。ギャップ内の磁界強度分布の結果を改良するために、対の個々のコイル(または巻き線)間の間隔は、マイクロコイルが属し円筒(またはその他の形状)の軸に平行の平面内にある線に沿って測定して、隣接する巻き線間の他の間隔に比べて少なくとも12%、15%あるいは20%かそれ以上の違いにすることができる。
【0090】
本発明の実施において有益な構造に使用できる別の設計構成は、1対のマイクロコイルの半分を形成する領域に2層のマイクロコイルを持つ構成である。つまり、ギャップの方向に傾く第1のマイクロコイルのセットをMR観察可能装置の1つの層に配置し、第2のマイクロコイルのセット(たとえば、1組の巻き線)もギャップの方向に傾かせるが、第1のマイクロコイルのセットの上または下に重なる絶縁層内に配置することができる。同様の傾きのマイクロコイルのセット内におけるコイル間の間隔は、同じ幅でも異なる幅でもよく、同じまたは異なるコイル間の間隔で、同じ角度でも異なる角度でもよい(両方ともギャップ方向に傾くか、両方ともギャップと反対の方向に傾かなければならないが)。この装置は、少なくとも1組のマイクロコイルを持つことができ、前記の少なくとも1対のマイクロコイルの半分が隣接する巻き線間で少なくとも3つのスペース、スペース1、スペース2およびスペース3を持つ少なくとも4つの巻き線から成り、前記の少なくとも3つのスペースのうち少なくとも1つが前記スペースのうち少なくとも他の1つと異なる寸法を持つ。
【0091】
技術上周知の技術および構造上の考慮事項の一部は本発明の新規の構造設計に使われているが、技術上周知の多くの技術および構造上の考慮事項を本発明の実施に含めることができる。たとえば、ルーメン4、支持材料34およびカテーテル・ケーシング40の組成を、医療用に開発された既知の生体適合性の材料から選ぶことができる。カテーテル・システムの一部を構成するマイクロコイルおよび回路は、これまで医療装置の分野で使用されたことがない技術でもこれを使って、提供することができる。たとえば、マイクロコイルは、導電体(特に銅、銅被覆材および技術上周知のその他のRFアンテナ材)のフィラメントをラップすることにより、またはルーメンの上にフィラメントを形成することにより提供することができるだろう。このような形成プロセスには、沈積プロセス、成長沈積プロセス、沈積エッチング・プロセス、マイクロリトグラフィ、マスキング沈積などが含まれる。沈積プロセスには、めっき、無電解めっき、スパッタリング、有核成長(たとえば第4,775,556号および4,710,403号)、高エネルギー沈積またはエッチング・プロセス(たとえば、米国特許第5,389,195号および5,332,625号)、化学的沈積およびエッチング・プロセスなどを含めることができる。米国特許第5,106,455号、5,167,625号および5,269,882号において示される回路および配線を作るための技法は、フィラメント製品および表面に回路を沈積するために一般的に有益なその他の技術の例である。
【0092】
図2は、本発明において使用できる1つの構成に基づくカテーテル100の中間部分の断面図である。マイクロカテーテル102は、マイクロカテーテル102の一端105がカテーテル100の壁の穴108からカテーテル100の外に伸びるように、内部案内エレメントまたはデフレクタ106に接して反っているところが示されている。マイクロカテーテル102は、デフレクタ104によって反って、接点103からデフレクタ104に支えられる。穴108は、図2においてカテーテル100の実質的壁を構成する材料の3つの層110、112および114として示されるものを貫通する。デフレクタ104は、マイクロカテーテルを穴108に導き入れこれに通すための案内となる。カテーテルの外に出るマイクロカテーテルごとに穴およびデフレクタが1つあり(これらのマイクロカテーテルは自身の固有のマイクロコイルを持つことができる)、これらのマイクロカテーテル(図には示されていない)はカテーテル100から外に伸びる。ただし、2本以上のマイクロカテーテルが単一の穴から出る場合はこの限りではないが、これは、マイクロカテーテルの効果(たとえば、薬物送達)の大部分がカテーテル100の表面に対して小さいエリアで生じることになるという理由で、望ましい構造ではない。この装置は、少なくとも3つの別個のポートから少なくとも3本のマイクロカテーテルの各々の方向を定めるために少なくとも3つのデフレクタを持つことができる。
【0093】
図2には、1対のマイクロコイル116および118も示されている。これらのマイクロコイル116および118は、カテーテル100の層112の中に埋め込まれているところが示されている。カテーテル100の映像化および位置設定機能が最適に働くために、マイクロコイル116および118によって発せられる信号が可能な限り正確で明確であることが非常に望ましい。カテーテル内に他の回路およびワイヤが存在すると、この種の性能を妨害する可能性があるので、カテーテルおよびそのサブコンポーネントの各種部品の電気および電子機能妨害の問題を防止するために特に考慮しなければならない。例えば、それぞれマイクロコイル116および118の端124および126に接続されるワイヤ120および122は、電気的に接続するための点(例えば、端124および126)以外ではマイクロコイル116および118に接触してはならない。これは、本発明の実施に基づき様々な方法で可能にすることができる。この種の問題が生じる可能性は近位のマイクロコイル116においては構造的に小さい。なぜなら、その端124をコイル回路を通らずにワイヤ122に接続できるからである。従って、ワイヤ122をコイル116と同じ層112に配置することができる。遠位のマイクロコイル118の場合、ワイヤ120を2つのコイル116および118越しに通さなければならず、マイクロコイル116および118に接触したり、容易にマイクロコイルからの信号に干渉する可能性がある。これを防止するために、マイクロコイル116および118は、単一の層112内に示されているが、遠位マイクロコイル118からのワイヤ120は、コイル116および118またはカテーテル100内のその他の回路(図には示されていない)への電気的または電子的な干渉またはこれとの相互作用を減少または排除するために、層114内に示されている。素子の適切な位置設定の必要性が認識されれば、一般的な製造技術において利用できる多数の技術を使って、それぞれの素子を別個の層に分離することができる。たとえば、マイクロコイルを設置した後(例えば、ラップ、沈積またはエッチングにより)、ポリマーまたはその他の絶縁材により1つの層(例えば、層112)にマイクロコイルを閉じ込めることができる。この保護層または囲い込み層が確立されたら(適切な電気接続点を他の電気または電子接続のために維持して)、他の配線または回路をこの被覆囲い込み層(たとえば、層112)の上に構築することができる。この追加の配線または回路はコイルを作るために使われるプロセスと同様のプロセス、またはラップ、予め作られた回路の応用、回路またはワイヤ素子の沈積、回路またはワイヤ素子のエッチングおよび技術上周知のその他の構造またはミクロ構造技術など技術上周知のその他のプロセスにより構成できる。本発明の一部の構成の実施にこの選択的構造を使用する主な目的は、カテーテルの異なる層(同じポリマー結合材組成であっても)内に回路および(または)配線を配置することである。配線または追加の回路の配置は、クロストーク、干渉、相互作用またはその他マイクロコイルおよび回路の性能を損なうような関連効果を最小限に抑えることを意図して行われる。上記の考慮の際に、それぞれの素子の配置設計において、固有の干渉波効果または磁界効果を考慮することができる。
【0094】
本発明の一部の態様に基づくMR画像監視薬物送達用複合カテーテルは、治療中のMR映像(分光分析)監視またはその他の生理学的監視のためにマイクロイメージング・コイルが組み込まれた複合装置(針またはカテーテル)またはその他の装置に関わる。コイルのすぐ近くの領域ならびに治療場所の病理学的変化を非常に高い信号雑音比で投与プロセスを妨害することなく画像化するために、マイクロ・コイルを、従来のMRスキャナにインターフェイスすることができる。この種の装置は、多くの神経学的実質間(transparenchymal)または脈管内治療用として近い将来非常に需要が大きくなるだろう。
【0095】
複合装置の1つが図1に略図的に示されている。図1に示されるとおり、カテーテルは、生理学的測定、薬物送達、材料の引き上げ、サンプリング、温度緩和または変動、電気刺激など様々な機能を果たすためにルーメン4の中に多数のマイクロサイズのチューブ24、26、28および30を持っている。カテーテルの先端には、MR映像および分光のための微小な前置増幅装置22といっしょにマイクロコイル10がある。
【0096】
一般的に言って、この種の複合装置(つまりカテーテル)は、図2に示されるとおり下記の4つのモジュラー部分に分解できるマイクロイメージング・コイルを少なくとも1つ含む。
1)最適化されたイメージング・コイルまたは電極
2)前置増幅および減結合集積回路
3)信号送信および遮蔽
4)遠隔整合回路
上記の4つの部分は、個々の複合装置設計の場合必ずしも相互に分離されないが、以下の説明を容易にするためにのみモジュールを分離する。
【0097】
ほとんどの場合、これらのモジュールの一部は1つの複合装置に統合されることが多い。MR映像のためのマイクロコイルは、シングル・ループ、より線、2つの相対するソレノイドのうち1つとすることができる。これらのコイル設計はすべて、コイルの近接領域に対して非常に敏感である。個々のコイルの空間的感度動向の詳細は、その導体のパターンに依存する。
【0098】
相対するソレノイドの場合、受信のための一次磁界フラックスは2つのコイルの間のギャップではじき出される(一般的に巻き線にあるいはコイルが巻かれるまたは形成される円筒形装置の軸に直交する方向に)。必要な巻き線の数はコイル当たり少なくとも3であり、3から20の間が望ましく、4から16までがさらに望ましく、もっとも望ましいのは5から12までの巻き線であり、各コイルの直径は可能であれば0.1から2.4mmとし、直径0.3から2.0mmを使用すればもっと望ましく、0.5から2.0mmの直径を使用すれば最も望ましい。コイルを表面に沈積することにより、カテーテルのサイズに応じてコイルとして材料の薄い層を沈積して(例えば、数ミクロンの厚みからコイルの幅と同じ厚みまで可能である)、コイルによって占める体積を小さくし、コイルの幅を広くすることができる。コイルは小さい直径の円筒形表面に巻かれるか沈積されるが、最適化のための自由度がいくつかある。ソレノイド・コイル設計の場合、自由度の1つは、巻き線間の間隔である。マイクロサイズのコイルの設計は、ある程度まで、特定の臨床用装置によって課せられる形状的制約の下で空間的に望ましい受信フィールド・パターン(均等性)を生じるために、数値的に最適化することができる。ターゲット・フィールド法を使って、導体パターンを、ターゲット受信フィールド・パターンにほぼ整合するように数値的に最適化することができる。マイクロコイル内のコイルは、隣接するコイルの中心間の間隔をコイル直径の2.0倍(隣接するコイルの外面間の間隔が個々のコイルの直径に等しくなるように)から10倍(隣接するコイルの外面間の間隔が個々のコイルの直径の9倍になるように)として形成するか巻くことができる。間隔は直径の2.5から8倍の間が望ましく、もっと望ましいのは3倍から6倍の間である。前に述べたように、先行技術は、2.8mm未満の直径のマイクロコイルの使用は望ましくないことを示唆している。コイルが相対していて傾いていれば、本発明の実施においてコイル直径を2.4mm以下とすることが望ましい。本発明においては、対のコイルの各半分で異なるコイル内間隔を持つマイクロコイルを提供すること、および望ましい2.4mm未満より大きいコイル直径を持つことも新規である。例えば、コイルは、コイル内間隔を本発明の教訓に従って変動する場合、もっと小さい望ましい寸法を含めて、簡単に4.0mmに、3.5mmあるいは3.0mmにすることができる。
【0099】
さらに、コイルのワイヤの材料は、非磁気性金属または人間の組織と同様の磁化率を持つ金属合金とすることができる。例えば、望ましい材料としては、銅、銀、アルミニウムおよび銅・アルミニウム合成物がある。銅も銀も反磁性であり、アルミニウムは常磁性である。磁界かく乱を最小限に抑えるために、コイル導線を異なる金属材料の複数の同心層を持つように作ることができる(Cuχ=−9.7×10−6およびAlχ=+20.7×10−6)。異なる金属成分の正確な層の厚みまたは半径は、ワイヤのサイズに応じて数値的に最適化できる。ゼロ磁化率の円筒形ワイヤの場合、半径比は下記の式で与えられる。
【0100】
【数32】
【0101】
マイクロコイルと画像励起に使われるボリューム・コイルの間の相互結合を最小限に抑えるために、減結合回路をマイクロコイルに組み込むことが望ましい。励起中、減結合回路素子は、イメージング・コイルの共鳴周波数を送信RF周波数から外すことによって、マイクロコイルをボリューム・コイルにとって見えないものにする。コイル減結合要件を満たす設計の1つが図3に示されている。装置が、Dで示されるPINダイオードを2つのコンデンサ(C1およびC2)と直列に含む場合、イメージング・コイルはLとして抽象的に示されている。PINダイオードDは、ダイオードを横切る外部制御電圧Vdによって能動的にオン・オフが切り替えられる。ダイオードDがオンに切り替えられると、コイルLおよび2つのコンデンサC1、C2は、周波数に同調された共鳴回路を構成する。これは、前置増幅装置を含む回路の改良版である。装置は、1台だけのコンデンサと直列のPINダイオードを含むこともできる。ダイオードは外部制御電圧によって能動的にオン・オフが切り替えられる。RF周波数の信号増幅のためにFET(電界効果トランジスタ)を備えることができる。FET素子またはその他のタイプの前置増幅モジュールをRF励起中保護するために、FETの前にクロス・ダイオードを配置して、RF送信中過剰に誘導された電流をバイパスすることができる。
【0102】
コイル全体を複合にすることができる。言い換えると、カテーテルに沿った複数の場所で同時に映像化するために、イメージング・コイル全体を直列にまたは位相配列に接続された複数のコイル素子で作ることができる。上記の複数のコイルすべてが幾何学的に同じ形状でも、異なる形状でもよい。イメージング・コイルは、非局部的にすることもできる。つまり、コイルをカテーテルのかなりの長さに沿って空間的に分散することができる(特に、上に示したモデリングを考慮することにより)。このために、能動コイル素子には、より線、2本の平行なワイヤ、同軸ケーブル、これらの組み合わせなど、多くの選択肢がある。
【0103】
イメージング・コイル素子の選択肢の多様性のほかに、マイクロ電極などその他の様々な素子を、細胞または膜の電位測定、圧力/流量監視またはその他の生理学的監視のための装置に組み込むことができる。
信号雑音比(S/N)を最適にするためまたは雑音値を最小限に抑えるために、検波されるMR信号は、できる限りコイル素子に近い場所で即時増幅されること(たとえば前置増幅)が望ましい。実際のカテーテル形状は、従来の増幅素子を使用するための十分なゆとりはない。前置増幅など様々な信号の予備調整に使われる電子素子のサイズを最小限に抑えるために、イメージング・モジュール付近に集積回路モジュールが取り入れられている。集積回路モジュールは、前置増幅装置(またはRF周波数の装置)およびシリコン・チップに組み立てられるその他の補助装置を含む。シリコン・チップは4mm2未満のサイズであることが望ましい。集積回路モジュールは、特定の機器設計と形状的に両立する小型の非磁気ケーシングの中に収められることが望ましい。もっとも単純な装置の1つとして、単一のFET素子しか含まないものが考えられる。もっと複雑な回路を組み立てて性能をよくするために、集積回路技術の助けを借りて、1つのシリコン・モジュールにもっとも多くの素子を組み込むことができる。
【0104】
望ましい送信モジュールは、その後の信号の増幅およびその他の処理のためにコイルから遠隔ターミナルにMR映像化のために検出されるRF信号を送信するための、カテーテルに沿ったたわみケーブルの一部である。望ましい設計においては、ケーブルのすべての素子がカテーテルに組み込まれる。ケーブルの望ましい要件の1つは、微細なMR信号に対する信号減衰を小さくすると同時に雑音汚染をわずかにすることである。ケーブルに関するその他の要件は、カテーテルのフレキシビリティおよび硬さへの妨害を最小限にすることである。この要件を満たすために、装置には下記の通り多くの多様な代替形態がある。
【0105】
1)3層同軸ケーブル(中心の導線が同心の2層の遮蔽材で囲まれるケーブル)。このケーブルのバリエーションは、中心の導線がケーブルの中心軸に沿ってらせん状に巻かれるものである。
2)遮蔽より線ケーブル(中央の2本のより線が同心の遮蔽材の層で囲まれるケーブル)。このケーブルの1つのバリエーションは、2本のワイヤがケーブルの中心軸に沿って渦巻き状またはらせん状に巻かれるものである)。
【0106】
3)遮蔽平行双極ケーブル(2本の平行の双極ワイヤが中心軸に対して対称的に配置され、同心の遮蔽材の層で囲まれるケーブル)。このケーブルの1つのバリエーションは、2本のワイヤがケーブルの中心軸に沿って平行に渦巻き状にまたはらせん状に巻かれるものである)。
遮蔽層としては、細い編組導線の層、金属フィルムの層あるいは本発明の実施に適合する寸法で供給できる技術上周知のその他の遮蔽材(望む場合には、接地できる)の層が可能である。
【0107】
さらに別の有益な設計は、すべての素子を遠隔装置(または遠位端)に置くという考え方である。図3に略図的に示される回路図は、イメージング・コイル(マイクロおよびマクロ)、送信線、移相ネットワーク、同調および減結合回路およびバラン(平衡不平衡インピーダンス整合変成器)を含んでいる。Zは、減結合回路の一部としての同調素子(LまたはC)を表す。送信線と移相ネットワークの組み合わせは、1/4または半波長特性を示す。
【0108】
遠隔整合装置とは、装置の遠隔端に配置される装置である。この遠隔装置は、先端のイメージング・コイル用の特別な同調装置としても、離調(または減結合)装置としても使用できる。遠隔整合装置は、コイル・インピーダンス整合および周波数同調のために送信装置の効果的なインピーダンス変成を考慮に入れている。この設計においては、送信線および遠隔装置の両方が、同調および離調のために使われる。送信線の特性を利用するために、無線周波数の1/4または半波長のワイヤが使用される。そうでなければ、同じ有効な1/4または半波長行動を示す移相ネットワークを持つ送信線を使用することができる。コイル同調はコンデンサまたはインダクタを使って行える。さらに、装置のサイズは幾何学的には制限されない。このモジュールの装置サイズは問題にはならないので、従来の電子素子をもっと使用できる。個々の設計に応じて、遠隔装置は非常に重要にもなりうるし、重要でない場合もある。
【0109】
最後に、カテーテル先端には安定化メカニズムが組み入れられる。望ましい安定化装置は、機械的に駆動できるか、形状記憶合金で作られ外部電圧信号により制御される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の実施に基づく薬物送達用カテーテルを示す。
【図2】 図2は、カテーテルのマイクロカテーテル出口およびカテーテルの配線を強調したカテーテルの断面図である。
【図3a】 図3aは、本発明のカテーテルの回路略図である。
【図3b】 図3bは、本発明のカテーテルの回路略図である。
【図4a】 図4aは、3つのマイクロコイル構造に関する磁界強度対相対する2対のマイクロコイル間のギャップ中心からの距離のグラフを示している。
【図4b】 図4bは、3つのマイクロコイル構造に関する磁界強度対相対する2対のマイクロコイル間のギャップ中心からの距離のグラフを示している。
【図4c】 図4cは、3つのマイクロコイル構造に関する磁界強度対相対する2対のマイクロコイル間のギャップ中心からの距離のグラフを示している。[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
(Field of Invention)
The present invention relates to medical devices compatible with procedures performed during magnetic resonance imaging (MRI), particularly during procedures observed using magnetic resonance (MI) imaging techniques. Drug delivery It relates to a medical device that can be used.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
(Technical background)
Medical procedures can now be performed on a relatively small area of the patient. Minimize into small cell clumps, in veins and arteries, or at remote parts of the body without surgical incision of the body Invasion Treatment can be performed using conventional techniques. Balloon angioplasty, microsurgery, electrotherapy and Drug delivery Such as minimizing the procedure without performing a large incision on the patient. Invasion However, it is necessary to develop a technique so that the treatment can be seen simultaneously with these treatments. X-ray imaging, such as fluoroscopy, is a possible method for observing the treatment site, but long-term X-ray irradiation is itself harmful to the patient. Optical fiber observation of the treatment site does not cause harmful radiation to the patient, but the optical fiber occupies too much space to provide the light needed for observation and the path to return the light, and cannot be more than the surface image ( In other words, only the surface of the internal object can be observed from the position where the optical fiber device is disposed). Optical fiber or direct light observation is within the real Drug delivery Or intravascular Drug delivery Or, it is more suitable for medical treatment such as gastrointestinal tract than microscopic treatment such as treatment.
[0003]
By using an MR receiver coil in the device tracked by the MR imaging system, Conform Techniques for observing a relatively large part of the device have been developed so far. Design considerations, especially for devices that have MR observation capabilities and specific treatment functions, especially for devices where the relationship between a specific treatment and MR receiver coil must be optimized for both treatment process and MR observation capability There is not much.
[0004]
US Pat. No. 5,211,165 Invasive A tracking system for tracking the position and orientation of a medical device, particularly a medical device that uses a radio frequency magnetic field gradient, such as a catheter, is described. The detection of the radio frequency signal is performed by a coil having a sensitivity trend that changes almost linearly depending on the position. this Invasive A typical device has a transmit coil attached near its end and is driven by a low power RF power source to produce a dipole field that can be detected by a receive coil array distributed around the subject's target site.
[0005]
U.S. Pat. No. 5,271,400 contains Invasive A tracking system for monitoring the position and orientation of a typical device is described. The device has an MR active sample and a receiver coil that is sensitive to magnetic resonance signals emitted by the MR active sample. Since this signal is detected when there is a magnetic field gradient, it has a frequency that is approximately proportional to the position of the coil along the direction of the applied gradient. The signals are detected in response to sequentially applied magnetic gradients that determine the position of the device in several dimensions. As shown in FIGS. 2a and 2b Invasive Each of the functional devices has an RF coil and an MR active sample incorporated into the medical device, and an MR active sample incorporated into the medical device.
[0006]
US Pat. No. 5,375,596 describes a method and apparatus for determining the position of devices such as catheters, tubes, placement guidewires and ports implantable in living tissue. The device can include a transmitter / detector unit having an AC radio frequency transmitter with an antenna and a radio signal transmitter disposed along the entire length of the device. The antenna is connected by a detachable clip to a broadband radio frequency (RF) detector circuit located in the transmitter / detector unit.
[0007]
U.S. Pat. No. 4,572,198 describes a catheter for use with an NMR imaging system that includes a coil winding to excite a weak magnetic field at the tip of the catheter. A loop connecting the two conductors supports a dipole field that locally distorts the NMR image and provides an image cursor on the magnetic resonance imaging display.
[0008]
U.S. Pat. No. 4,767,973 describes a system and method for sensing and moving objects in multiple degrees of freedom. The sensor system consists of at least one field effect transistor having a geometry selected to have the desired sensitivity.
Published PCT applications Nos. WO 93/15872, WO 93/15874, WO 93/15785 and WO 94/27697 show kink resistant tubing in which the catheter can include reinforcing coils and methods of forming tubing including the catheter. Yes. A layer of reinforcement can be deposited on the reinforcement coil.
[0009]
US Pat. Nos. 5,451,774 and 5,270,485 describe three-dimensional circuit structures that include a plurality of elongated substrates arranged in parallel and in contact with each other. Electrical elements are configured on the surface of the substrate along with conductors coupled to these elements. The conductors are selectively placed on each substrate so that they are in contact with conductors on adjacent substrates. The conductor pattern on the substrate may be spiral, circumferential or longitudinal. Radio frequency signals between the boards are transmitted and received using radio frequency signal transmission and reception circuitry and transmission and reception antennas on the boards (eg, column 7, lines 32-43). The circulation of coolant in the device is shown.
[0010]
U.S. Pat. No. 5,273,622 describes a continuous process for use with microstructures (including electronic microcircuits) on substrates and thin film semiconductor assembly systems, particularly elongated substrates such as fibers or filaments. ing.
U.S. Pat. Nos. 5,106,455 and 5,269,882 describe a method and apparatus for the assembly of thin film semiconductor devices using non-planar illumination beam lithography. A circuit formed in a cylindrical object is shown. US Pat. No. 5,167,625 Drug delivery Implantable multivesicles that can contain electrical circuits that react to signals that can be used (including wireless signals) Drug delivery Explains the system.
[0011]
PCT Application No. WO / 96/33761 (filed 15 April 1996) describes a parenchymal infusion catheter for administering a drug or other drug consisting of a pump coupled to the catheter. A porous tip is disposed at the distal end of the catheter, and the tip is porous to expel the drug or drug at the selected location. The catheter can be adapted for use during use by the telescoping portion of the catheter system.
[0012]
In "MR images of blood vessels by intravascular coils" (J. Mag. Res. Imag., February 1992, No. 4, p. 421-429), Martin, A. et al. J, Plewes, D.M. B. And Henkelman, R .; M.M. Describes a method for creating a high-resolution magnetic resonance (MR) image of a blood vessel using two coaxial solenoids separated by a gap region and a theoretical receiver coil design based on current flowing in opposite directions Yes. The coil diameter ranges from 3 to 9 mm. FIG. 3b appears to show that the sensitivity decreases as the coil diameter transitions from 9 mm to 7 mm, 5 mm, and 3 mm. The results of a study of the Q values of the opposed loop and the opposed solenoid coil show that the opposed loop coil showed a low W value and that the Q value is generally smaller when the Q diameter is small in the opposed solenoid design It shows that there was a trend. Within the scope of the study, it is stated that there is a compromise between the use of thicker wires to improve performance and the use of thinner wires to reduce overall coil dimensions. Decoupling circuits have also been shown to be useful in performing imaging functions using this catheter-based system in MR imaging. “Intravascular (catheter) NMR receiver probe: provisional design analysis and application to iliac femoral imaging of dogs” ( Magnetic Resonance In
[0013]
U.S. Pat. No. 5,429,132 describes a probe system that can be used during a medical procedure consisting of an RF sensing coil and a planar grid array of antennas spaced along the probe. Using the signal from the probe, the three-dimensional position of the probe is determined.
U.S. Pat. No. 5,445,151 describes a method for measuring blood flow acceleration and velocity using an MR catheter with a coil responsive to an RF signal. Multiple coils (eg, three coils) are placed in the invasive device, and a regular pattern of RF transmit pulses is emitted to produce a steady RF response signal. A second RF signal is transmitted from an RF coil disposed intermittently upstream. From the time delay and the distance between the RF coils, the velocity of the fluid is determined directly.
[0014]
U.S. Pat. No. 5,727,533 describes a catheter with an integrated electromagnetic identification device that can be used to determine the position of the catheter without the concomitant use of x-ray equipment. The electromagnetic field detection device includes a pair of leads incorporated into the catheter wall and a fine wire coil disposed at the distal end of the catheter. A core of magnetically permeable material can be placed inside the coil, such as a radiopaque strip.
[0015]
[Means for solving the problems]
(Summary of the Invention)
An element having at least one pair of opposed RF receiver microcoils with a space between each microcoil of a pair of microcoils, the coil diameter of the microcoil being of a useful size, eg 3 mm, 4 mm or more While possible, devices for in vivo use have been described that are less than 2.4 mm or less than 2.6 mm in many desirable systems. The device can be constituted by a catheter with at least one lumen, in which case at least one pair of microcoils are arranged radially around at least one lumen, the diameter of the coils being greater than 0.1
[0016]
[Embodiment of the Invention]
(Detailed description of the invention)
In the following detailed description of the preferred embodiments, reference is made to the accompanying drawings that form a part hereof, and in which are shown by way of illustration preferred embodiments of the invention. The preferred embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention, but other embodiments can be utilized and structural and logical without departing from the spirit and scope of the invention. It shall be construed that physical, architectural and electrical changes can be made. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined only by the appended claims and equivalents thereof.
[0017]
Implementation of certain aspects of the present invention is applicable to all medical devices used in magnetic resonance imaging observation procedures performed concurrently with primary medical procedures. The features of the present invention that can individually have this general applicability in the field of medical devices include its MR Conform Included are types of RF response coils that are attached to the medical device to assure safety, circuitry coupled to the medical device, and means for orienting the microelement / microcatheter element, etc. within the catheter device. The preferred structure uses opposing solenoid orientations of the microcoil, the microcoil design is based on two coaxial solenoids separated by a gap region, and current is passed across the two coils in opposite directions.
[0018]
One aspect of the present invention uses opposing paired microcoils to accurately form a magnetic field around a device having a paired coil. Opposing pairs of coils differ in the angle of a coil or winding about one axis or between two sets of coils (eg, receiver coils) (with a positive angle rotation from the normal to the surface or Normally, this angle is either positive or negative with rotation at a negative angle). This angle is either out of the plane perpendicular to the axis of the object on which the coil is wound, or measured from that plane and positive for one coil. With respect to the other coil, it means a coil formed at a negative angle. Other developments in the potential field of implementation of the invention include circuitry connected to the coil, its shielding within the device, and decoupling circuitry coupled to the coil by wires. Meeting the wide range of functional needs of equipment Invasive The actual design and engineering details of a typical radio frequency detection medical device have so far been less specific. The present invention provides an essential advance to this type of device.
[0019]
Another important aspect of the present invention is that, depending on the selection, within the radio frequency detector. Drug delivery The microcatheter is described in co-pending US patent application Ser. No. 08 / 857,043, filed May 15, 1997, under the name of John Kucharczzyk and Michael Mosley, with case number SL WK 600.392US1. It is possible to attach a receiver coil that can be used in the process for sensing the actual drug administration and movement according to the invention.
[0020]
FIG. 1 is desirable according to the present invention. Drug delivery 1 shows a
[0021]
The
[0022]
The inter-microcoil spacing B (relative to the intra-microcoil spacing) between the opposing microcoils is typically Drug delivery MR by type or regardless of catheter or other device Applicable Depending on the type of treatment performed by the
[0023]
A preamplifier coupled to the plastic layer 35 (shown here as a continuation of layer 8), leads 36 and 38 microcoil at the most proximal end (part from the tip) within the catheter structure. , And / or a second insulating layer 37 (eg, of layer 34) that electrically insulates
[0024]
Inter-coil spacing and inter-coil spacing (which overlaps coil-to-coil and micro-coil considerations such as with respect to coil diameter) must also be considered to optimize the design of the system of the present invention.
Coils, particularly coils such as intravascular RF coils in MRI, can be very useful for MR imaging of luminal morphology with a limited field of view (FOV) and high signal-to-noise ratio and spatial resolution. The most promising basic coil design for this type of purpose is the previously published (Martin, supra) opposing solenoid coil. The reported coil is two equally wound solenoids of the same shape and uniform coil diameter placed along a common axis with opposite polarity. This special coil design has plenty of room for improvement based on considerations not disclosed in the reference material. One criterion for improvement for the functional characteristics of the signal is that a better intravascular coil can be obtained by optimizing the current distribution in the coil. Analytical formulas for the magnetic field outside the cylindrical coil have already been developed to optimize the current distribution on the surface of the cylinder (eg assuming the underlying device such as a catheter is cylindrical) for the required magnetic field constraints. It is desirable to use this for this new coil design. The coil thus optimized improves the magnetic field strength and the magnetic field uniformity. Certain uses of the apparatus of the present invention are represented by the generation of an image or certain information (eg, signal density differences) in the image. Drug delivery Uniform magnetic field strength is particularly important because it uses density readings and derivatives to provide speed or degree of therapeutic effect.
[0025]
The shape of the RF coil is based on a cylinder with a small limited length in this analysis. Current density is limited to the cylindrical surface of the coil. Solving the problem of the corresponding static magnetic field in the cylindrical coil of radius a, the radius component (> a) of the magnetic field outside the RF coil is given by the following equation.
[0026]
[Expression 1]
[0027]
Here, JΦ (m, k) represents an azimuth angle component of the surface current density defined by the following formula in the above formula.
[0028]
[Expression 2]
[0029]
Im (t) and Km (t) represent two types of m-order modified Bessel functions, where m is an integer (eg, 1, 2, 3,...), And I ′m ( t) and K′m (t) represent the first derivatives of Im (t) and Km (t).
The stored magnetic energy associated with the coil is shown in the form of a series expansion equation as follows:
[0030]
[Equation 3]
[0031]
Especially for solenoid coils or z coils whose surface current density has no z component, the above equations for energy and magnetic field are simplified as follows:
[0032]
[Expression 4]
[0033]
In order to find an optimal (or minimal energy) solution for the current density distribution of a cylindrical surface that satisfies a set of magnetic field constraints at several spatial locations, an energy functional configuration is defined as follows:
[0034]
[Equation 5]
[0035]
Here, a set of L multipliers is represented. The magnetic field constraint conditions define a set of desirable magnetic field values at several points in the target imaging volume.
In order to minimize the energy functional with respect to the current density functional, the following variation is added to the current density functional.
[0036]
[Formula 6]
[0037]
The optimized current density is then expressed as follows for the L multiplier:
[0038]
[Expression 7]
[0039]
Since JΦ (z) is asymmetric with z for the desired magnetic field distribution, its Fourier component can be expressed as follows:
[0040]
[Equation 8]
[0041]
Inserting the formula for the current density into the magnetic field constraint formula gives a set of linear equations for the multiplier λ.
[0042]
[Equation 9]
[0043]
When the linear equation for the magnetic field constraint condition is solved for the Lagrange multiplier, the current density can be determined from an equation including the Lagrange multiplier. In the case of an RF coil with a limited length (L), the surface current density can be expanded to a desired order with a sine series formula.
[0044]
[Expression 10]
[0045]
Here, the value of kn is as follows.
[0046]
[Expression 11]
[0047]
Jn represents an expansion coefficient relating to current density.
Next, the general formula in the k-space can be expressed as follows for the surface current density of the limited-length coil.
[0048]
[Expression 12]
[0049]
Here, Ψn (k) is an odd function of k defined by the following equation.
[0050]
[Formula 13]
[0051]
Using the new function expansion equation, the equations for stored magnetic energy and magnetic field can be expressed as:
[0052]
[Expression 14]
[0053]
The desired receive field distribution outside the coil can be converted to several field constraint points at several selected locations. For each design, the magnetic field constraint condition points are defined as follows:
[0054]
[Expression 15]
[0055]
The constraint conditions define the homogeneity of the coil magnetic field required in the gap in addition to the relative magnetic field strength. The magnetic field constraint conditional expressions regarding the radius component at various points can be expressed as follows.
[0056]
[Expression 16]
[0057]
For convenience, both the magnetic field equation and the energy equation are represented in a matrix. Between the two equations, the matrix elements of b are shown as follows:
[0058]
[Expression 17]
[0059]
The stored magnetic energy of the coil is as follows.
[0060]
[Formula 18]
[0061]
Here, the energy matrix element is expressed by the following equation.
[0062]
[Equation 19]
[0063]
The energy functional including the magnetic field constraint conditional expression is defined as follows.
[0064]
[Expression 20]
[0065]
In order to obtain the minimum condition of the energy functional, the F functional is minimized with respect to the current string vector J. That is,
[0066]
[Expression 21]
[0067]
Thus, the following minimum condition equation including the current density is reached.
[0068]
[Expression 22]
[0069]
The following magnetic field constraint condition formula is used as another independent equation.
[0070]
[Expression 23]
[0071]
First, the Lagrangian multiplier can be solved by the following linear equation combining the above minimum conditional expression and magnetic field constraint conditional expression.
[0072]
[Expression 24]
[0073]
Using this value for the Lagrange multiplier, the surface current density of the coil can be determined as follows.
[0074]
[Expression 25]
[0075]
The current density is as follows.
[0076]
[Equation 26]
[0077]
The total current for half of the coil is given by:
[0078]
[Expression 27]
[0079]
If the number of turns is set to Nturn, the individual currents can be determined as follows:
[0080]
[Expression 28]
[0081]
The inductance of the N-turn coil, which is half of the coil, is as follows.
[0082]
[Expression 29]
[0083]
In order to determine the position of each current abdomen, the following current density integral is calculated from the center of the coil.
[0084]
[30]
[0085]
This integration makes it possible to determine all the spatial spacings across N different discrete current wire loops. The exact position of each wire along the z-axis can be determined as the center of mass for that interval.
[0086]
[31]
[0087]
In short, the means for optimizing the in-coil distribution of coils within each microcoil of a pair of opposed microcoils is as above with respect to the effect of current, coil characteristics and positioning and design of individual coils or windings. It can be based on any or an alternative mathematical model. This special composition was developed for a cylindrical RF coil, and this technique optimizes the design of the current abdominal position of intravascular, intracavitary, intraparenchymal or intravascular MR imaging coils. It will be a simple procedure.
[0088]
Referring to FIGS. 4 (a, b and c), it will help to understand how the modification in the coil design improves the performance of the catheter of the present invention. FIG. 4a shows the magnetic field strength (y-axis) as a function of distance from the midpoint of the gap (eg, the middle between the closest ends of opposing microcoils separated by a distance of 2d represented by
[0089]
The device according to the invention consists of elements having at least one pair of opposed RF receiver microcoils spaced between each microcoil of a pair of microcoils, each said RF receiver microcoil being at least three individual For use in living bodies having a coil, wherein the at least three individual coils are spaced between adjacent coils such that the distance between at least two pairs of individual coils in the microcoil is at least 10% different. It can also be described as a medical device. To improve the results of the magnetic field strength distribution in the gap, the spacing between the pair of individual coils (or windings) is a line that lies in a plane parallel to the axis of the cylinder (or other shape) to which the microcoil belongs. , And can be at least 12%, 15%, 20% or more different from other spacings between adjacent windings.
[0090]
Another design configuration that can be used for a useful structure in the practice of the present invention is a configuration with two layers of microcoils in the region forming half of a pair of microcoils. That is, the first set of microcoils inclined in the gap direction is arranged in one layer of the MR observable device, and the second set of microcoils (for example, one set of windings) is also inclined in the gap direction. Can be placed in an insulating layer overlying or underlying the first set of microcoils. The spacing between the coils in a set of similarly inclined microcoils may be the same or different widths, and may be the same or different spacings, either the same angle or different angles (both tilted in the gap direction or both Both have to lean in the opposite direction of the gap). The device can have at least one set of microcoils, and at least four of which at least three pairs of microcoils have at least three spaces, space 1,
[0091]
Although some of the technical and structural considerations known in the art are used in the new structural design of the present invention, many technical and structural considerations known in the art are included in the practice of the present invention. Can do. For example, the composition of lumen 4,
[0092]
FIG. 2 is a cross-sectional view of an intermediate portion of a
[0093]
Also shown in FIG. 2 is a pair of
[0094]
MR image surveillance according to some aspects of the invention Drug delivery A composite catheter involves a composite device (needle or catheter) or other device incorporating a micro-imaging coil for MR imaging (spectroscopy) monitoring or other physiological monitoring during treatment. The micro coil can be interfaced to a conventional MR scanner to image pathological changes in the immediate vicinity of the coil as well as the treatment site with a very high signal-to-noise ratio without interfering with the dosing process . This type of device will be in great demand in the near future for many neuroparenchymal or intravascular treatments.
[0095]
One of the composite devices is shown schematically in FIG. As shown in FIG. 1, the catheter is a physiological measurement, Drug delivery There are a number of
[0096]
Generally speaking, this type of composite device (ie, catheter) includes at least one micro-imaging coil that can be broken down into the following four modular parts as shown in FIG.
1) Optimized imaging coil or electrode
2) Preamplification and decoupling integrated circuit
3) Signal transmission and shielding
4) Remote matching circuit
The above four parts are not necessarily separated from each other in the case of individual composite device designs, but separate the modules only to facilitate the following description.
[0097]
In most cases, some of these modules are often integrated into one composite device. The microcoil for MR imaging can be a single loop, stranded wire, or one of two opposing solenoids. All of these coil designs are very sensitive to the proximity region of the coil. The details of the spatial sensitivity trends of an individual coil depend on its conductor pattern.
[0098]
In the case of opposing solenoids, the primary magnetic flux for reception is ejected in the gap between the two coils (typically in the direction perpendicular to the winding or to the axis of the cylindrical device on which the coil is wound or formed). ). The number of windings required is at least 3 per coil, preferably between 3 and 20, more preferably between 4 and 16, most preferably between 5 and 12 and the diameter of each coil is possible If it is 0.1 to 2.4 mm, a diameter of 0.3 to 2.0 mm is more preferable, and a diameter of 0.5 to 2.0 mm is most preferable. By depositing the coil on the surface, depending on the size of the catheter, a thin layer of material can be deposited as a coil (for example, from a few microns thick to the same thickness as the coil width) to occupy the volume occupied by the coil. The coil can be made smaller and the width of the coil widened. The coil is wound or deposited on a small diameter cylindrical surface, but there are several degrees of freedom for optimization. For solenoid coil designs, one degree of freedom is the spacing between the windings. To some extent, the design of the micro-sized coil can be numerically optimized to produce spatially desirable receive field patterns (uniformity) under the geometric constraints imposed by a particular clinical device. it can. Using the target field method, the conductor pattern can be numerically optimized to approximately match the target received field pattern. Coils within a microcoil have a spacing between adjacent coil centers of 2.0 times the coil diameter (so that the spacing between the outer surfaces of adjacent coils is equal to the diameter of the individual coils) to 10 times (adjacent). Can be formed or wound so that the spacing between the outer surfaces of the coils is 9 times the diameter of the individual coils. The spacing is preferably between 2.5 and 8 times the diameter, more preferably between 3 and 6 times the diameter. As previously mentioned, the prior art suggests that the use of microcoils with a diameter of less than 2.8 mm is undesirable. If the coils are opposed and inclined, the coil diameter is preferably 2.4 mm or less in the practice of the present invention. It is also novel in the present invention to provide microcoils with different intercoil spacing in each half of the pair of coils and to have a desired coil diameter greater than 2.4 mm. For example, the coil can be simply 4.0 mm, 3.5 mm or 3.0 mm, including smaller desirable dimensions, if the inter-coil spacing varies according to the lessons of the present invention.
[0099]
Furthermore, the coil wire material can be a non-magnetic metal or a metal alloy with a magnetic susceptibility similar to human tissue. For example, desirable materials include copper, silver, aluminum, and copper-aluminum composites. Both copper and silver are diamagnetic, and aluminum is paramagnetic. To minimize magnetic field disturbances, the coil conductors can be made to have multiple concentric layers of different metallic materials (Cuχ = −9.7 × 10 -6 And Alχ = + 20.7 × 10 -6 ). The exact layer thickness or radius of the different metal components can be numerically optimized depending on the size of the wire. For a zero susceptibility cylindrical wire, the radius ratio is given by:
[0100]
[Expression 32]
[0101]
In order to minimize the mutual coupling between the microcoil and the volume coil used for image excitation, it is desirable to incorporate a decoupling circuit into the microcoil. During excitation, the decoupling circuit element makes the microcoil invisible to the volume coil by removing the resonance frequency of the imaging coil from the transmit RF frequency. One design that meets the coil decoupling requirements is shown in FIG. If the device includes a PIN diode, denoted D, in series with two capacitors (C1 and C2), the imaging coil is shown abstractly as L. The PIN diode D is actively switched on and off by an external control voltage Vd across the diode. When the diode D is switched on, the coil L and the two capacitors C1, C2 constitute a resonant circuit tuned to the frequency. This is an improved version of a circuit that includes a preamplifier. The device can also include a PIN diode in series with only one capacitor. The diode is actively switched on and off by an external control voltage. An FET (field effect transistor) may be provided for RF frequency signal amplification. To protect the FET element or other type of preamplifier module during RF excitation, a cross diode can be placed in front of the FET to bypass the excessively induced current during RF transmission.
[0102]
The entire coil can be combined. In other words, the entire imaging coil can be made up of multiple coil elements connected in series or in a phased array for simultaneous imaging at multiple locations along the catheter. All of the plurality of coils may be geometrically the same or different. The imaging coil can also be non-local. That is, the coils can be spatially distributed along a significant length of the catheter (especially by considering the modeling shown above). For this reason, there are many options for the active coil element, such as a stranded wire, two parallel wires, a coaxial cable, and combinations thereof.
[0103]
In addition to the variety of imaging coil element options, a variety of other elements such as microelectrodes can be incorporated into a device for cell or membrane potential measurement, pressure / flow monitoring or other physiological monitoring.
In order to optimize the signal to noise ratio (S / N) or to minimize the noise value, the detected MR signal is immediately amplified as close as possible to the coil elements (eg preamplification). Is desirable. The actual catheter shape is not sufficient to use a conventional amplifying element. In order to minimize the size of the electronic elements used for preconditioning of various signals such as preamplification, an integrated circuit module is incorporated near the imaging module. The integrated circuit module includes preamplifiers (or RF frequency devices) and other auxiliary devices assembled on a silicon chip. The silicon chip is preferably less than 4 mm2. The integrated circuit module is preferably housed in a small non-magnetic casing that is both geometrically compatible with the particular equipment design. One of the simplest devices is one that contains only a single FET element. In order to assemble more complex circuits and improve performance, with the help of integrated circuit technology, the most elements can be incorporated into a single silicon module.
[0104]
The preferred transmission module is part of a flexible cable along the catheter for transmitting the RF signal detected for MR imaging from the coil to the remote terminal for subsequent signal amplification and other processing. . In the preferred design, all elements of the cable are incorporated into the catheter. One desirable requirement of the cable is to reduce signal attenuation for fine MR signals while at the same time reducing noise contamination. Another requirement for the cable is to minimize interference with the flexibility and stiffness of the catheter. To meet this requirement, the device has many different alternatives as follows.
[0105]
1) A three-layer coaxial cable (a cable in which a central conducting wire is surrounded by a concentric two-layer shielding material). A variation of this cable is one in which the central conductor is spirally wound along the central axis of the cable.
2) Shielded twisted cable (cable in which the two central strands are surrounded by a concentric layer of shielding material). One variation of this cable is that two wires are spirally or spirally wound along the central axis of the cable).
[0106]
3) Shielded parallel bipolar cable (cable in which two parallel bipolar wires are arranged symmetrically with respect to the central axis and surrounded by a layer of concentric shielding material). One variation of this cable is that two wires are spirally or spirally wound in parallel along the central axis of the cable).
The shielding layer can be a thin braided wire layer, a metal film layer, or other shielding material known in the art that can be supplied in dimensions compatible with the practice of the present invention (which can be grounded if desired). .
[0107]
Yet another useful design is the idea of placing all elements at a remote device (or distal end). The schematic diagram shown schematically in FIG. 3 includes imaging coils (micro and macro), transmission lines, phase shift networks, tuning and decoupling circuits and baluns (balanced unbalanced impedance matching transformers). Z represents the tuning element (L or C) as part of the decoupling circuit. The combination of the transmission line and the phase shift network exhibits ¼ or half wavelength characteristics.
[0108]
A remote alignment device is a device located at the remote end of the device. This remote device can be used as a special tuning device for the tip imaging coil or as a detuning (or decoupling) device. The remote matching device allows for effective impedance transformation of the transmitter for coil impedance matching and frequency tuning. In this design, both transmission lines and remote devices are used for tuning and detuning. In order to take advantage of the characteristics of the transmission line, a 1/4 or half wavelength wire of the radio frequency is used. Otherwise, a transmission line with a phase shift network that exhibits the same effective quarter or half wavelength behavior can be used. Coil tuning can be done using capacitors or inductors. Furthermore, the size of the device is not geometrically limited. The device size of this module is not a problem, so more conventional electronic devices can be used. Depending on the specific design, the remote device can be very important or not important.
[0109]
Finally, a stabilization mechanism is incorporated into the catheter tip. Desirable stabilization devices can be mechanically driven or made of shape memory alloy and controlled by an external voltage signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is based on the implementation of the present invention Drug delivery 1 shows a catheter.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the catheter highlighting the microcatheter outlet of the catheter and the wiring of the catheter.
FIG. 3a is a schematic circuit diagram of a catheter of the present invention.
FIG. 3b is a schematic circuit diagram of the catheter of the present invention.
FIG. 4a shows a graph of magnetic field strength versus distance from the gap center between two opposing pairs of microcoils for three microcoil structures.
FIG. 4b shows a graph of magnetic field strength versus distance from the gap center between two opposing pairs of microcoils for three microcoil structures.
FIG. 4c shows a graph of magnetic field strength versus distance from the gap center between two opposing pairs of microcoils for three microcoil structures.
Claims (16)
前記装置内には、少なくとも3個のポートが、これらのポートを介して少なくとも3個のマイクロカテーテルによって薬物送達するために設けられ、かつ、前記装置内には、前記少なくとも3個のポートを通る前記少なくとも3個のマイクロカテーテルのそれぞれを方向付けるための少なくとも3個のデフレクタが設けられている、磁気共鳴撮影処置と適合して生体内で使用される装置。 A compatible with the magnetic resonance imaging treatment apparatus for use in vivo, the device comprises an element having an RF receiver microcoils to the relative direction of at least one pair, RF receiver opposing said pair The microcoil has a plurality of coils along a common axis, and these coils have a reverse polarity between the pair of microcoils, and the microcoil is between each microcoil of the pair of microcoils. in a space, winding of the microcoil, it has a diameter of less than 2.4 mm, furthermore,
Within the device, at least three ports are provided for drug delivery by at least three microcatheters through these ports, and through the at least three ports within the device. A device for use in vivo compatible with magnetic resonance imaging procedures, wherein at least three deflectors are provided for directing each of the at least three microcatheters.
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